美國科學(xué)家近日報告，利用人胚胎干細(xì)胞可以在實驗室培育出有攜帶氧功能的成熟紅細(xì)胞,，這個成果將可能解決個別血型血源緊缺的問題,，也可幫助避免輸血相關(guān)疾病的發(fā)生,。該文于2008年8月19日在線發(fā)表于《血液》(Blood)雜志上。
紅細(xì)胞的成熟過程
紅細(xì)胞成熟時沒有細(xì)胞核和細(xì)胞器,，胞質(zhì)內(nèi)充滿血紅蛋白,，具有攜帶氧氣和二氧化碳的功能。因為紅細(xì)胞膜上存在ABO血型抗原,，因此在輸血之前需要檢測血型,。
成年人的紅細(xì)胞主要來源于分布在胸骨、椎骨,、肋骨等扁骨內(nèi)的紅骨髓,。紅骨髓中的髓系多能干細(xì)胞能分化成紅系定向祖細(xì)胞，紅系定向祖細(xì)胞在促紅細(xì)胞生成素的作用下,，能增殖分化為原紅母細(xì)胞,。原紅細(xì)胞經(jīng)過有絲分裂、增殖成為網(wǎng)織紅細(xì)胞,，進(jìn)而成為成熟紅細(xì)胞,。
此前已有研究證實，人胚胎干細(xì)胞有分化成紅系,、髓系,、巨核系和淋巴系細(xì)胞的潛力，也有試驗者曾用人胚胎干細(xì)胞培育出了原始紅系細(xì)胞,，但是用人胚胎干細(xì)胞培育紅細(xì)胞的效率,，培育出紅細(xì)胞攜帶氧氣的能力等問題一直有待解答。
來源于胚胎干細(xì)胞的紅細(xì)胞
此次美國馬薩諸塞先進(jìn)細(xì)胞技術(shù)(Advanced Cell Technology)公司的盧(Lu)等以人胚胎干細(xì)胞為“原材料”,，通過一系列營養(yǎng)素和生長因子,，培育出了成紅細(xì)胞，并成功地實現(xiàn)了成紅細(xì)胞向成熟,、有功能紅細(xì)胞的轉(zhuǎn)化,。
有生理功能
研究者報告，其培育出的紅細(xì)胞95%以上都有細(xì)胞核,，比成熟紅細(xì)胞大,，平均直徑約10 μm(圖1)。經(jīng)染色發(fā)現(xiàn),，這些紅細(xì)胞的胞質(zhì)中含豐富的血紅蛋白,。免疫特征分析結(jié)果表明，這些紅細(xì)胞中,，超過65%表達(dá)胚胎血紅蛋白(HbF),，超過75%呈CD71陽性，30%表達(dá)CD235a,，但是大多數(shù)細(xì)胞沒有表達(dá)骨髓單核細(xì)胞和巨核細(xì)胞抗原(CD14,、CD15和CD41)以及祖細(xì)胞抗原(CD34,、CD35及CD36)。
功能分析表明,，以胚胎干細(xì)胞為來源的紅細(xì)胞,，其氧解離曲線與成人紅細(xì)胞極其相似(圖2)。此外,，來源于胚胎干細(xì)胞的紅細(xì)胞,，其物理(玻爾效應(yīng))和化學(xué)性質(zhì)(pH值)也與成人紅細(xì)胞相近。這些結(jié)果表明,，來源于胚胎干細(xì)胞的紅細(xì)胞其攜帶氧氣的能力與正常成年人的紅細(xì)胞相近,。
向萬能血源邁進(jìn)
通過RhD血型分析發(fā)現(xiàn)，在幾種胚胎干細(xì)胞系中,，來源于MA01的紅細(xì)胞為RhD陽性,，來源于MA99的為RhD陰性。通過ABO血型分析發(fā)現(xiàn),，MA01系來源的紅細(xì)胞表達(dá)A抗原,，MA99系來源的紅細(xì)胞表達(dá)B抗原，WA01系來源的紅細(xì)胞既不表達(dá)A抗原也不表達(dá)B抗原,。因此WA01系來源的紅細(xì)胞屬于O型,，MA01來源的紅細(xì)胞屬于A型RhD陽性，MA99來源的紅細(xì)胞屬于B型RhD陰性,。
將來如果能夠找到一種人胚胎干細(xì)胞系,，培養(yǎng)出的紅細(xì)胞為O型RhD陰性，那么這種人工紅細(xì)胞將可能成為萬能血源,。
改造為成熟紅細(xì)胞
來源于人胚胎干細(xì)胞的成紅細(xì)胞,，若要在體外環(huán)境下成為成熟紅細(xì)胞,，去核是關(guān)鍵的一步,。研究者發(fā)現(xiàn)，法國學(xué)者曾于《自然生物技術(shù)》雜志(Nat Biotechnol 2005,，23：69)報告的方法——用造血干細(xì)胞懸浮培養(yǎng)基(Stemline Ⅱ)加細(xì)胞因子等,，可以使來源于胚胎干細(xì)胞的紅細(xì)胞生長、成熟,、去核,，效率顯著高于其他培養(yǎng)條件。在此研究中,，大約30%~65%的原紅細(xì)胞成功去核,，成為與正常成人紅細(xì)胞尺寸相似的細(xì)胞(圖3a和圖3b)。研究者進(jìn)一步分析去核過程,，發(fā)現(xiàn)紅細(xì)胞尺寸和細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)的比值逐漸減小,。聯(lián)苯胺(benzidine)染色表明,，紅細(xì)胞中的血紅蛋白逐漸積累，細(xì)胞尺寸逐漸減小(圖4),。
展望：更廣闊的紅細(xì)胞來源
前段時間曾有研究表明,，人體細(xì)胞可被重新“編程”，回到干細(xì)胞的狀態(tài),，成為被誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(iPSC),。研究者之一蘭扎(Lanza)大膽設(shè)想，如果找到血型為O型RhD陰性者提供體細(xì)胞,，重新編程回到iPSC,，再用其iPSC培養(yǎng)出紅細(xì)胞，那么這樣O型RhD陰性的紅細(xì)胞將可能解決目前輸血相關(guān)的一系列問題,，包括血源緊張,、輸血傳播疾病等。
圖1 用胚胎干細(xì)胞培育出的紅細(xì)胞形態(tài)(放大1000倍)
圖2 正常人紅細(xì)胞與培育出紅細(xì)胞的氧解離曲線極其接近
圖3a 培養(yǎng)出的原紅細(xì)胞去核后形態(tài)(放大1000倍)3b 人血中紅細(xì)胞的形態(tài)(放大1000倍)
圖4 紅細(xì)胞去核過程
